하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 개발을 위하여 Pilot Plant 설계, 제작 및 설치-시운전을 수행하였으며, 문제점을 개선하고, 연속운전을 통하여 기술을 실증하였다. 이를 수행하기 위한 주요 연구 내용은 다음과 같다.

 

- 하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 집적
- 에너지 최적화에 의한 공정설계
- Pilot Plant 연속운전
- 유동층 건조실험에 의한 건조 슬러지 시료제조
- 열분해를 위한 기본실험 및 조업조건별 유동층열분해 특성연구
- 용융소각을 위한 회용융 최적화 규명, Lab 규모 선회용융소각 실험
- 슬래그 재자원화 연구 및 재자원화 신기술 개발
- 경제성 분석

하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템에 의해 건조 슬러지의 용융소각을 실증하였으며, 각 연구과제별로 다음과 같은 결과을 얻었다.
유동층 건조로실험에서 유동층내의 온도가 120℃일 때 건조속도는 약 120kg/m2․hr, 150℃일 때 154kg/m2․hr를 보였다.

유동층 열분해실험에서 슬러지의 수분함량이 증가하면 생성된 탄화물과 열분해가스중의 오일의 발열량은 감소하였으며, 생성물인 Char와 Liquid의 회수율은 층 온도가 증가함에 따라 Char의 수율은 증가하고, Liquid의 수율은 감소하였다.
회용융 온도 실험에서 CaO 첨가에 따른 수영사업소의 슬러지 회분의 경우에는 오히려 용융온도가 상승하였다.

용융소각실험은 Lab Scale 실험설비 운전 다단 소각기술에 의하여 NOx 방출량(12% O2)을 750mg/L에서 200mg/L으로 저감시킬 수 있었으며, 파일럿 플랜트 운전에서는 2차 연소로를 사용하여 단계적 연소기술을 적용한 결과 NOx는 150mg/L(12% O2) 이하로 저감할 수 있었으며 이때 일산화탄소의 농도는 3mg/L(12% O2) 이하를 유지하였다.

고온의 용융소각 이후 폐열보일러를 이용한 배기가스의 급속 냉각과정을 통하여 다이옥신의 발생을 억제함으로써 Stack에서 수행된 다이옥신 농도 측정결과 검출되지 않았다. 배출된 슬래그의 용출실험에서 용융 슬래그 검출용액에서 Zn, Mn, Pb, Ni, Cd, As, Hg 등 7개 중금속 원소를 분석한 결과 ppb농도 범위로 검출되어 슬러지 용융소각처리에 의한 중금속 용출 방지 효과를 확인할 수 있었다.

슬래그 자원화의 일환으로 실험된 연구에서 슬래그로부터 흡착제로 사용할 수 있을 정도로 높은 305meq/100g의 양이온 교환능(CEC)을 가진 제올라이트성 물질을 제조할 수 있었다.

최적화를 위한 경제성 분석의 결과 100톤/일을 처리할 수 있는 하수슬러지의 Hybrid유동층 열분해/용융소각시스템을 설치할 경우, 6만6천원/톤 정도의 처리비용이 소요될 것으로 예상된다.

[출처 = 한국환경산업기술원(www.keiti.re.kr)]